JP4292068B2 - Scanning electron microscope - Google Patents
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Description
本発明は、走査電子顕微鏡に関し、特にその2次電子検出系の構成と制御に関するものである。 The present invention relates to a scanning electron microscope, and more particularly to the configuration and control of the secondary electron detection system.
走査電子顕微鏡は、試料に1次電子線を走査して照射し、試料から発生する2次電子を2次電子検出器で走査に同期して検出することにより試料像を形成する装置である。通常、1次電子線が照射された試料からは数eV〜数十eVという非常に小さいエネルギーを持った2次電子が発生し、発生した2次電子は2次電子検出器から印加される約10kVの横方向の正電界に導かれて2次電子検出器に取り込まれる。この基本的なプロセスに加えて近年は、試料近傍に数百ボルトの正電圧を印加したバイアス電極を設け、2次電子を検出器側へ軌道修正させて収量増加を図っている。バイアス電極は“2次電子コレクタ電極”や“補助電極”などと呼ばれる板状や網状のものであり、形状や印加電圧などを変えて最適値を探し出し、2次電子収量増加を図っている。これら正電界を利用して2次電子収量増加を目的とする電極はこれまでいくつも提案されており、“負電荷の2次電子は正電界で軌道修正させる”というのが一般的であった(特開平6−103951号公報など)。一方、特開平9−147782号公報には、−100V〜−500Vの負電圧を印加したリング状の電極を試料上部(2次電子検出器とは逆の方向にU字型)に配置して、検出器方向に2次電子を誘導する方法が記載されている。 A scanning electron microscope is an apparatus that forms a sample image by scanning and irradiating a sample with a primary electron beam, and detecting secondary electrons generated from the sample in synchronization with scanning by a secondary electron detector. Usually, secondary electrons having very small energy of several eV to several tens eV are generated from the sample irradiated with the primary electron beam, and the generated secondary electrons are applied from the secondary electron detector. It is guided to a 10 kV lateral positive electric field and taken into the secondary electron detector. In addition to this basic process, in recent years, a bias electrode to which a positive voltage of several hundred volts is applied in the vicinity of a sample is provided to correct the trajectory of secondary electrons to the detector side to increase the yield. The bias electrode is a plate-like or net-like one called “secondary electron collector electrode” or “auxiliary electrode”, and seeks an optimum value by changing the shape or applied voltage to increase the secondary electron yield. A number of electrodes that aim to increase the yield of secondary electrons using these positive electric fields have been proposed so far, and it was common to "orbitally correct secondary electrons with negative charges". (Japanese Patent Laid-Open No. 6-103951). On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-147782, a ring-shaped electrode to which a negative voltage of −100 V to −500 V is applied is arranged on the upper part of the sample (U-shaped in the direction opposite to the secondary electron detector). A method for guiding secondary electrons in the direction of the detector is described.
1次電子線照射によって試料から発生する2次電子は、通常、垂直方向に0〜90度、水平方向に0〜360度の範囲で様々な方向に放出される。特開平9−147782号公報では、2次電子検出器の方向に開いたU字形の負電圧印加電極を配置し、上記のように様々な方向性を持った2次電子を2次電子検出器の方向に誘導している。しかし、シミュレーションによって2次電子軌道を解析すると、2次電子は対物レンズ下部又は下部構造物に衝突して吸収されるだけでなく、試料ステージやその他対物レンズ近傍に設置される様々な検出器(アース電位)にも衝突してしまい、結果的に2次電子検出器に到達するのは発生した2次電子のうちのごく一部であることがわかった。この傾向は高分解能の観察をしようとするとき、つまり対物レンズが試料に近接しているときに著しく、結果として像質の悪い画像しか得られていなかった。 Secondary electrons generated from the sample by primary electron beam irradiation are usually emitted in various directions in the range of 0 to 90 degrees in the vertical direction and 0 to 360 degrees in the horizontal direction. In JP-A-9-147782, a U-shaped negative voltage application electrode opened in the direction of the secondary electron detector is disposed, and secondary electrons having various directions as described above are arranged as secondary electron detectors. It is guiding in the direction of. However, when the secondary electron trajectory is analyzed by simulation, the secondary electrons not only collide with and are absorbed by the lower part of the objective lens or the lower structure, but also various detectors installed near the sample stage and other objective lenses ( It was found that only a part of the generated secondary electrons reached the secondary electron detector as a result. This tendency is remarkable when high-resolution observation is performed, that is, when the objective lens is close to the sample, and as a result, only an image with poor image quality is obtained.
本発明は、試料から放出された2次電子の軌道(特に光軸近傍を通る2次電子)を積極的に軌道修正して2次電子検出器による2次電子の検出効率を向上させることを目的とする。 The present invention positively corrects the trajectory of secondary electrons emitted from the sample (especially secondary electrons passing near the optical axis) to improve the detection efficiency of secondary electrons by the secondary electron detector. Objective.
本発明では、試料から光軸に近い方向に放出された2次電子を積極的に2次電子検出器側に軌道修正するとともに、アース電位の部品に対して回避軌道に乗せながら2次電子検出器まで導く。そのために、対物レンズ下部(下磁極)あるいは対物レンズ下部構造物の1次電子線の照射口に近い部位に第1補助電極を配置して1V〜30Vの負電位を印加し、横方向の電位を強くすることで試料から発生した2次電子をできるだけ2次電子検出器側に軌道修正させる。 In the present invention, the secondary electrons emitted from the sample in the direction close to the optical axis are positively corrected to the secondary electron detector side, and the secondary electrons are detected while being placed on the avoidance trajectory with respect to the ground potential component. Guide to the vessel. For this purpose, the first auxiliary electrode is disposed near the objective lens lower part (lower magnetic pole) or the primary electron beam irradiation port of the objective lens lower structure, and a negative potential of 1 to 30 V is applied to the lateral potential. By strengthening, the trajectory of the secondary electrons generated from the sample is corrected to the secondary electron detector side as much as possible.
すなわち、本発明は、試料を保持する試料ステージと、収束した1次電子線を試料に照射する対物レンズと、電子線照射によって試料から発生した2次電子を検出する2次電子検出器とを含む走査電子顕微鏡において、対物レンズ下部の1次電子線照射口近くに負電位の第1補助電極を設置したものである。第1補助電極は外周方向へ向かう横方向電界を形成し、この電界により、試料から発生した2次電子の軌道を外周方向に偏向し、横方向に配置した2次電子検出器に入射する2次電子を増加させるように作用する。
That is, the present invention includes a sample stage that holds a sample, an objective lens that irradiates the sample with a converged primary electron beam, and a secondary electron detector that detects secondary electrons generated from the sample by electron beam irradiation. In the scanning electron microscope, the first auxiliary electrode having a negative potential is provided near the primary electron beam irradiation port below the objective lens. The first auxiliary electrode forms a lateral electric field directed in the outer circumferential direction, and this electric field deflects the trajectory of the secondary electrons generated from the sample in the outer circumferential direction and enters the secondary electron detector arranged in the
第1補助電極の少なくとも2次電子検出器側に、正電位の第2補助電極を設置するのが好ましい。第2補助電極は、第1補助電極の負電界により試料側に押し返された2次電子を2次電子検出器方向へ偏向し、横方向に配置した2次電子検出器に入射する2次電子を増加させるように作用する。 It is preferable to install a second auxiliary electrode having a positive potential on at least the secondary electron detector side of the first auxiliary electrode. The second auxiliary electrode deflects secondary electrons pushed back to the sample side by the negative electric field of the first auxiliary electrode toward the secondary electron detector, and enters the secondary electron detector arranged in the lateral direction. Acts to increase electrons.
第1補助電極はリング状又は2次検出器に向いた側が開放したU字状の形状を有し、第2補助電極は第1補助電極より径の大きいリング状又は2次電子検出器に向いた側が閉じたU字状の形状とすることができる。第1補助電極の電位は−5〜−20V程度が好ましく、第2補助電極の電位は+5〜+20V程度が好ましい。 The first auxiliary electrode has a ring shape or a U-shape that is open on the side facing the secondary detector, and the second auxiliary electrode is suitable for a ring shape or a secondary electron detector having a larger diameter than the first auxiliary electrode. It can be made into a U-shaped shape with the closed side closed. The potential of the first auxiliary electrode is preferably about −5 to −20V, and the potential of the second auxiliary electrode is preferably about +5 to + 20V.
2次電子検出器と試料との間に正電位の第3補助電極を設置するのが更に好ましい。具体的には、2次電子検出器を表面に約10kVの正電圧を印加したシンチレータ(電子−光変換素子)と、変換された光を検出する光電子増倍管で構成し、シンチレータ表面電極と試料との間に板状の第3の補助電極を配置して正電位を印加する。これにより、2次電子の軌道をシンチレータの方向に偏向・誘導し、2次電子検出器に入射する2次電子を増加させることができる。 More preferably, a third auxiliary electrode having a positive potential is provided between the secondary electron detector and the sample. Specifically, the secondary electron detector is composed of a scintillator (electron-to-light conversion element) in which a positive voltage of about 10 kV is applied to the surface and a photomultiplier tube for detecting the converted light, and the scintillator surface electrode A plate-like third auxiliary electrode is placed between the sample and a positive potential is applied. Thereby, the secondary electron trajectory is deflected and guided in the direction of the scintillator, and the secondary electrons incident on the secondary electron detector can be increased.
本発明は、また、試料を保持する試料ステージと、収束した1次電子線を試料に照射する対物レンズと、電子線照射によって試料から発生された2次電子を検出する2次電子検出器とを含む走査電子顕微鏡において、対物レンズ下部に1次電子線通過穴を有する環状の反射電子検出器を備え、反射電子検出器は1次電子線通過穴の近くに負電位の第1補助電極を有し、外周側に正電位の第2補助電極を有する。第1補助電極の電位は−5〜−20V程度が好ましく、第2補助電極の電位は+5〜+20V程度が好ましい。 The present invention also provides a sample stage for holding a sample, an objective lens for irradiating the sample with a converged primary electron beam, a secondary electron detector for detecting secondary electrons generated from the sample by electron beam irradiation, and The scanning electron microscope includes an annular backscattered electron detector having a primary electron beam passage hole below the objective lens, and the backscattered electron detector has a first auxiliary electrode having a negative potential near the primary electron beam passage hole. A second auxiliary electrode having a positive potential on the outer peripheral side. The potential of the first auxiliary electrode is preferably about −5 to −20V, and the potential of the second auxiliary electrode is preferably about +5 to + 20V.
本発明によると、試料から発生した2次電子を効率良く2次電子検出装置に取り込むことができ高像質の画像を得ることが出来る。 According to the present invention, secondary electrons generated from a sample can be efficiently taken into a secondary electron detector, and an image with high image quality can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。理解を容易にするため、以下の図において、同じ構成部分には同じ符号を付して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In order to facilitate understanding, the same components are denoted by the same reference numerals in the following drawings.
図1は従来の走査電子顕微鏡の概略図であり、1次電子線照射によって試料から発生した2次電子の軌道を説明する図である。試料2は、真空排気された試料室18内で試料ステージ20に保持されている。対物レンズ1の下面より照射される1次電子線3が試料2の表面で走査されると、試料2の情報をもった2次電子4,6が発生する。2次電子4は光軸に対して小さな角度で放出された2次電子であり、2次電子6は光軸に対して大きな角度をもって放出された2次電子である。この2次電子を、ある方向に取り付けられた2次電子検出器(シンチレータ近傍に約10kVの正電界を形成)5に取り込むことで試料画像を形成する。しかし、2次電子検出器5に到達するまでには2次電子軌道を変えてしまう障害物(アース電位)となる構成部品が存在し、2次電子検出の効率を妨げる原因となっている。これは、負電荷を持った2次電子は、2次電子検出器のように正電位で引き込むことが可能であるが、それと同時に2次電子を引き込む軌道近傍にアース電位があると正電位の等電位面を押し曲げ、2次電子軌道そのものを変えてしまうことで生じる。この2次電子検出の効率を妨げる原因となるアース電位の構成部品としては、EDX、WDX、EBSPなどの分析機器19や、試料微動ステージ20、試料2と対向する対物レンズ1の下面などがある。
FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional scanning electron microscope, and is a diagram for explaining the trajectory of secondary electrons generated from a sample by irradiation with a primary electron beam. The
図2に一般的な走査電子顕微鏡における2次電子のエネルギー分布を示し、図3に試料から発生する2次電子の発生方向を示す。図2に示すように、試料より発生する2次電子は数eV〜数10eV程度のエネルギーを持っている。反射電子は、1次電子線とほぼ同じエネルギーを有する。また、通常、1次電子が照射された試料からは、光軸に対して垂直方向には図3(a)に示すように±90度方向、水平方向には図3(b)に示すように360度と、様々な方向に数eV〜数十eVの2次電子7が放射される。
FIG. 2 shows the energy distribution of secondary electrons in a general scanning electron microscope, and FIG. 3 shows the direction of generation of secondary electrons generated from the sample. As shown in FIG. 2, the secondary electrons generated from the sample have energy of several eV to several tens eV. The reflected electrons have almost the same energy as the primary electron beam. Usually, from the sample irradiated with primary electrons, the direction perpendicular to the optical axis is ± 90 degrees as shown in FIG. 3A, and the horizontal direction is shown in FIG. 3B. The
図4に、シミュレーションによる2次電子軌道を示す。図4(a)は、シミュレーションの前提となる対物レンズ1、試料2、2次電子検出器5の配置図である。試料2と2次電子検出器5の間には、300Vの正電圧を印加したバイアス電極12を設けた。2次電子検出器5には、2次電子を引き込むために10kVの正電圧を印加する。図4(b)は、試料からの2次電子の発生方向として図3に示すような発生方向を想定し、試料より数eV〜数10eV程度の2次電子が発生したと想定した時の2次電子軌道のシミュレーション結果である。
FIG. 4 shows a secondary electron orbit by simulation. FIG. 4A is a layout diagram of the
図4(b)から、試料から発生する数eV〜数10eVのエネルギー幅を持った2次電子のうち、数eV程度の比較的低エネルギー側の2次電子は2次電子検出器が発生する正電界によってある程度引き込まれているが、数10eV程度の高エネルギー側の2次電子には対物レンズに衝突してしまうもの、2次電子検出器が発生する引き込み電界の影響を受けないものがあり、検出効率低下の原因となっていることが分かる。更に、光軸近傍の2次電子については2次電子検出器側に引き込みにくいことも視覚的にわかる。本発明は、この現状装置における問題点に着目し、その改善を図るものである。 4B, among secondary electrons having an energy width of several eV to several tens eV generated from the sample, secondary electrons on the relatively low energy side of about several eV are generated by the secondary electron detector. Although it is drawn to some extent by the positive electric field, some secondary electrons on the high energy side of about several tens of eV collide with the objective lens, and some are not affected by the drawn electric field generated by the secondary electron detector. It can be seen that this causes a decrease in detection efficiency. Further, it can be visually seen that secondary electrons in the vicinity of the optical axis are difficult to be drawn to the secondary electron detector side. The present invention pays attention to the problems in the present apparatus and aims to improve it.
図5は、本発明による走査電子顕微鏡の概略図である。対物レンズ1の下面より照射される1次電子線3が試料2の表面で走査されると、試料情報をもった2次電子4,6が発生する。この2次電子4,6を、2次電子検出器(シンチレータ近傍に約10kVの正電界を形成)に取り込むことで画像を形成する。本発明では、光軸近傍の方向に放射された2次電子4を積極的に軌道修正するために、対物レンズ1の下部構造物の1次電子線3の照射口に近い部位に第1補助電極13を設置する。第1補助電極13の形状は、光軸を取り囲むリング状又は2次電子検出器5に対向する側が開放したU字状の形状が良い。第1補助電極13にはマイナス数ボルトからマイナス数十ボルト(約−5〜−20V)の負電圧を印加し、対物レンズ下磁極等アース電位の物体に2次電子が衝突しないように軌道修正する。
FIG. 5 is a schematic view of a scanning electron microscope according to the present invention. When the
リング状又は2次電子検出器5に対向した側が開放したU字状の形状が良い理由は、図3に示したように、試料から発生する2次電子はあらゆる方向に発生しているからである。U字状の場合、U字の開放部が2次電子検出器の方向に向くように設置すれば、あらゆる方向に発生する2次電子に対して方向性をもたせることが可能となり、リング状よりも効果的である。また、第1補助電極13に印加する電圧に関して言えば、負電荷の2次電子のエネルギー以上の負電圧を印加すると試料からの2次電子の発生そのものを抑制してしまうことになる。図2に示した2次電子のエネルギー分布から分かるように、2次電子のエネルギー幅は約5〜20eV程度であることから、これ以上の負電圧を印加する必要性はない。また、一般的な走査電子顕微鏡では試料と対物レンズ下面との距離(ワーキングディスタンス)を任意に変更可能であるため、ワーキングディスタンスを変更しても2次電子に与える負電界が同じになるように第1補助電極13に印加する負電圧は約−5〜−20Vの範囲で任意に変更できるようにする。
The reason why the ring-shaped or U-shaped shape with the open side facing the
更に好ましくは、第1補助電極13の2次電子検出器側に第2補助電極14を設置して、数ボルト(約+5〜+20V)の正電位を印加できるようにする。この第2補助電極14は、第1補助電極13で試料側に押し返された2次電子の軌道を再び引き上げて2次電子をできるだけ2次電子検出器側に導く役目を果たす。第2補助電極14の形状は、第1補助電極と同じようにリング状又はU字状とすればよい。U字状とする場合には、U字の閉じた側が2次電子検出器の方を向くようにして設置する。
More preferably, the second
第2補助電極14に数ボルト(約+5〜+20V)の正電位を印加する理由は、第1補助電極13による印加電圧はマイナス数ボルト(約−5〜−20V)であり、第1補助電極13による印加電圧以上の逆バイアスを第2補助電極14で印加する必要はないからである。例えば、第1補助電極13に−Vaボルトの負電圧を印加して、第2補助電極14に+Vb(Vb>Va)の正電圧を印加すると、2次電子は第2補助電極14による電界の影響を強く受け、強いては第2補助電極自身に2次電子が引き込まれて(衝突)しまい、結果的に2次電子検出器5の方向に引き込むことが出来なくなるからである。また、一般的な走査電子顕微鏡ではワーキングディスタンスが任意に変更可能であるため、第1補助電極13と同様、第2補助電極が2次電子に与える正電界がいつも同じになるように第2補助電極の印加電圧は、約+5〜+20Vの範囲で任意に変更できるようにする。
The reason why a positive potential of several volts (about +5 to +20 V) is applied to the second
第1補助電極13と第2補助電極14により軌道修正された2次電子を2次電子検出器5に導くため、2次電子検出器5の電極の前面に2次電子検出器5の電極と絶縁した状態で試料側に向った構造の第3補助電極を配置し、数十ボルト〜数百ボルトの正電位を印加する。この第3補助電極は、従来の走査電子顕微鏡に設置されていたバイアス電極と同じものである。従来の走査電子顕微鏡には第3補助電極だけが設置されていたため、前記のように2次電子の検出効率をそれほど上げることができなかった。しかし、本発明による第1補助電極、第2補助電極と第3補助電極とを組み合わせることによって、2次電子検出効率を向上することができる。
In order to guide the secondary electrons whose trajectory has been corrected by the first
第3補助電極12を設置することにより、対物レンズ1下部と2次電子検出器5の間の空間へ放出された2次電子の軌道を修正することが可能となる。これは、試料台周辺や試料微動ステージ20、その他試料近傍に置かれる各検出器(EDX/WDX/EBSP)19など対物レンズ下磁極近傍の障害物(アース電位)を避けて、2次電子を2次電子検出器5の方向に誘導する役目を果たす。第1補助電極13及び第2補助電極14と同様、ワーキングディスタンスが変更されたとしても、2次電子に与える電界がいつも同じになるよう第3補助電極への印加電圧は任意に変更できるようにする。
By installing the third
図6は、第1補助電極13、第2補助電極14及び第3補助電極12を設置した時の2次電子軌道のシミュレーション結果を示す図である。図4(b)と図6とを比較すると、図6に丸で囲んで示したA部において2次電子の軌道線が増していることが分かる。また、図6に丸で囲んで示したB部に注目すると、本発明の場合、2次電子が対物レンズ1の下面に衝突することなく2次電子検出器方向に導かれているのが分かる。補助電極を設置することによる効果は、第1補助電極13のみを設置した時より第1補助電極13と第2補助電極14を同時に設置した時の方が効果があり、第1補助電極13、第2補助電極14及び第3補助電極12を同時に設置すると更に効果が増す。
FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of the secondary electron trajectory when the first
本発明では、単に正電界を利用して2次電子を2次電子検出器方向へ導くのではなく、負電荷を有する2次電子と負電位に印加された電極の間で起こる斥力と正電界による引力を適度にコントロールして2次電子収率の増加を図るものである。これによって従来よりも2次電子の収量よりも増加させることが可能となり、照射する1次電子線を可能な限り絞った状態での観察が可能となる。2次電子の検出効率を上げることにより、レンズ条件をより高分解能条件に設定した観察が可能になり、観察分解能向上や像質向上などに寄与する。 In the present invention, the repulsive force and the positive electric field generated between the negatively charged secondary electron and the electrode applied to the negative potential are not simply guided to the secondary electron detector direction using the positive electric field. The secondary electron yield is increased by moderately controlling the attractive force due to. As a result, it is possible to increase the yield of secondary electrons as compared to the conventional case, and it is possible to observe the primary electron beam to be irradiated as narrowed as possible. By increasing the detection efficiency of secondary electrons, observation with the lens condition set to a higher resolution condition becomes possible, which contributes to improvement in observation resolution and image quality.
図7は、半導体反射電子検出器を使用する走査電子顕微鏡の構成を示す模式図である。対物レンズ下面より照射される1次電子線3が試料表面で走査されると、2次電子6と共に試料の組成情報をもった反射電子22が発生する。図2に示すように、反射電子は2次電子に比べてエネルギーが高く、1次電子線のエネルギーと同等のエネルギーをもっている。半導体反射電子検出器15は、反射電子像観察を目的とした検出器として対物レンズ下磁極のすぐ下に設置される。問題となるのは半導体反射電子検出器15もアース電位であり、2次電子軌道に対して悪影響を及ぼすことである。試料によっては、半導体反射電子検出器15での反射電子像観察と同時に(反射電子検出器を設置しながら)、2次電子検出器5を用いて2次電子像の観察も行いたい場合もある。この場合、何も対策をしないと、2次電子軌道は半導体反射電子検出器15によるアース電位の影響を受けて結果的に2次電子検出効率が低下する。そこで、本発明では、半導体検出器15に、前記した第1補助電極13を、あるいは第1補助電極13と第2補助電極14を組込む。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a scanning electron microscope using a semiconductor backscattered electron detector. When the
図8は本発明による半導体反射電子検出器の構造例を示す図であり、図8(a)は断面図、図8(b)は下面図である。この半導体検出器15は、半導体検出素子ベース17上に、4分割半導体検出素子16を形成したものである。中央には、1次電子線を通過させる穴を有する。本発明では、半導体検出器15の半導体素子部に予め電界を発生することのできる導線又は電極を組み込んでおく。内径側には第1補助電極13となる電極を設置し、外径側に第2補助電極14となる電極を組込む。この構造の半導体検出器15を用いることで、2次電子検出器5による2次電子収量を損なうことなく同時に反射電子を半導体検出器で取り込むことが可能となり、上記の2次電子・反射電子同時観察の場合の問題を解決することが出来る。なお、反射電子は試料に照射される1次電子線のエネルギーとほぼ同じエネルギーを有し、通常の加速電圧は0.5kV〜30kVであるため、反射電子の検出に際して負電位の第1補助電極13が与える影響はほとんど無い。
8A and 8B are diagrams showing a structure example of the semiconductor backscattered electron detector according to the present invention. FIG. 8A is a cross-sectional view and FIG. 8B is a bottom view. This
図9は、本発明による走査電子顕微鏡を低真空2次電子検出に応用した例を示す図である。低真空2次電子検出のメカニズム(ガス増幅型検出方式)は、試料室内真空度を1〜約3000Paという低真空状態において、試料から放射される2次電子(通常低真空状態での2次電子観察は困難である)を正電界で引き上げ、加速させて残留ガス分子と雪崩現象的な衝突を繰り返すことで、2次電子情報を持ったプラスイオンを増幅させる。その後、プラスイオンは試料より試料電流(吸収電流)としてアンプに取り込まれて低真空2次電子像を形成する。 FIG. 9 is a diagram showing an example in which the scanning electron microscope according to the present invention is applied to low vacuum secondary electron detection. The mechanism of low-vacuum secondary electron detection (gas amplification type detection method) is that secondary electrons emitted from a sample (normally secondary electrons in a low-vacuum state) when the degree of vacuum in the sample chamber is 1 to about 3000 Pa. It is difficult to observe) by pulling up with a positive electric field and accelerating it, and amplifying positive ions with secondary electron information by repeating collisions with residual gas molecules like an avalanche phenomenon. Thereafter, the positive ions are taken from the sample into the amplifier as a sample current (absorption current) to form a low vacuum secondary electron image.
本発明の走査電子顕微鏡によると、この低真空2次電子検出に使用する正電圧を第1補助電極13及び第2補助電極14から印加することができる。すなわち、第1補助電極13と第2補助電極14の印加電圧を制御して両電極とも正電位にすることで、試料室圧力1Pa以上に保持して試料に電子線を照射し、発生するイオンを検出して画像を形成するガス増幅型検出方式のための電界印加用電極に兼用できる。この場合、それら補助電極は試料室の真空状態によって負又は正の電圧に制御を変更できるようにしておくと好都合である。第1補助電極13及び第2補助電極14を備える半導体検出器を装着すると、半導体検出器による反射電子の組成像、立体像等とガス増幅型2次電子像を同時に観察することもできる。
According to the scanning electron microscope of the present invention, a positive voltage used for detecting the low vacuum secondary electrons can be applied from the first
1:対物レンズ、2:試料、3:1次電子線、4:2次電子の軌道、5:2次電子検出器、6:2次電子の軌道、12:第3補助電極、13:第1補助電極、14:第2補助電極、15:半導体検出器、16:半導体検出素子、17:半導体検出素子ベース、18:試料室、19:検出器(EDX/WDX/EBSP)、20:ステージ、22:反射電子 1: objective lens, 2: sample, 3: primary electron beam, 4: orbit of secondary electron, 5: secondary electron detector, 6: orbit of secondary electron, 12: third auxiliary electrode, 13: first 1 auxiliary electrode, 14: second auxiliary electrode, 15: semiconductor detector, 16: semiconductor detection element, 17: semiconductor detection element base, 18: sample chamber, 19: detector (EDX / WDX / EBSP), 20: stage , 22: Reflected electrons
Claims (7)
収束した1次電子線を試料に照射する対物レンズと、
電子線照射によって試料から発生した2次電子を検出する2次電子検出器とを含む走査電子顕微鏡において、
前記対物レンズ下部に配置され、負電圧が印加される第1補助電極と、
前記第1補助電極によって試料側に押し戻された2次電子を再び引き上げる電界を形成するように正電圧が印加されると共に、前記第1補助電極と前記2次電子検出器との間であって、前記1次電子線の光軸からの距離が前記第1補助電極より遠く、前記2次電子検出器よりも近い位置に配置された第2補助電極とを備え、
前記2次電子検出器は、前記第1補助電極によって試料側に押し戻され、前記第2補助電極によって再び引き上げられる2次電子の軌道上に配置されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。 A sample stage for holding the sample;
An objective lens for irradiating the sample with the converged primary electron beam;
In a scanning electron microscope including a secondary electron detector for detecting secondary electrons generated from a sample by electron beam irradiation,
A first auxiliary electrode disposed under the objective lens and applied with a negative voltage;
A positive voltage is applied so as to form an electric field that pulls up the secondary electrons pushed back to the sample side by the first auxiliary electrode, and between the first auxiliary electrode and the secondary electron detector. A distance from the optical axis of the primary electron beam farther than the first auxiliary electrode, and a second auxiliary electrode disposed at a position closer to the secondary electron detector,
The scanning electron microscope, wherein the secondary electron detector is arranged on a trajectory of secondary electrons pushed back to the sample side by the first auxiliary electrode and pulled up again by the second auxiliary electrode.
収束した1次電子線を試料に照射する対物レンズと、
電子線照射によって試料から発生された2次電子を検出する2次電子検出器とを含む走査電子顕微鏡において、
前記対物レンズ下部に1次電子線通過穴を有する環状の反射電子検出器を備え、
前記反射電子検出器は、前記1次電子線通過穴の周囲に配置され、負電圧が印加される第1補助電極と、前記1次電子線の光軸からの距離が前記第1補助電極より遠く、前記2次電子検出器よりも近い位置に配置され、前記第1補助電極によって試料側に押し戻された2次電子を再び引き上げる電界を形成するように正電圧が印加される第2補助電極とを備え、
前記2次電子検出器は、前記第1補助電極によって試料側に押し戻され、前記第2補助電極によって再び引き上げられる2次電子の軌道上に配置されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。 A sample stage for holding the sample;
An objective lens for irradiating the sample with the converged primary electron beam;
In a scanning electron microscope including a secondary electron detector for detecting secondary electrons generated from a sample by electron beam irradiation,
An annular backscattered electron detector having a primary electron beam passage hole under the objective lens;
The backscattered electron detector is disposed around the primary electron beam passage hole, and a distance from a first auxiliary electrode to which a negative voltage is applied to the optical axis of the primary electron beam is greater than that of the first auxiliary electrode. A second auxiliary electrode disposed at a position far from the secondary electron detector and to which a positive voltage is applied so as to form an electric field that pulls up the secondary electrons pushed back to the sample side by the first auxiliary electrode again And
The scanning electron microscope, wherein the secondary electron detector is arranged on a trajectory of secondary electrons pushed back to the sample side by the first auxiliary electrode and pulled up again by the second auxiliary electrode.
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